膜分离技术在水处理环境过程中的应用分析

孔磊 张楠

摘要：随着我国工业的不断发展，生产用的化学物料中混合物的种类非常复杂，需要将有用的物质分离出来，作为生产的需要，这对于分离技术发展是一种有力的推动。然而我们的自然资源随着开发利用的加剧，已经在渐渐的在减少。以此，对于是新的分离技术要求也更加迫切，随着膜分离、反应分离联用等技术的出现，极大地推动了资源的利用效率。而膜分离技术是其中最为完善，也是应用最广的一种新型分离技术，尤其适用于处理工业废水以及生活污水。本文将对膜分离技术的相应原理进行探讨，希望对今后相关内容的研究提供借鉴。

关键词：膜分离技术水环境处理；环境工程；应用

前言

水不可再生资源，对于人民的生产生活又是不可或缺的。我国水资源丰富，但是人均占有量远低于世界平均水平，因此对于水资源的利用技术的研究十分迫切。随着工业化进程的的不断发展，在工业生产中需要分离一些涉及的各种混合物化学物料，这就对分离技术提出了更高的要求。膜分离技术其实就是采用一张具有特殊选择性能的薄膜，借用外力的作用对混合物进行分离、提纯并进行浓缩的一种新型分离技术。这种膜必须具有选择性能，确保有的物质可以通过，有的物质不能通过，现在多数用的膜是固体的，当然这种膜还有液相以及气相。目前，国家高度重视这种技术，使其使用范围不断扩大，除了用于纯水生产与海水淡化，还用于苦咸水淡化、含油废水以及锅炉脱盐水等各方面，不仅带来了经济效益，也有利于保护环境。

1 膜分离技术应用原理

1.1 应用物理性质的原理

所谓物理性质其实就是质量、体积大小以及几何形状等方面的差异，膜在这里根据不同混合物的不同的物理性质，充当筛子的作用，对混合物进行分离。

1.2 应用化学物质的原理

这里主要是指混合物通过分离膜的速度。我们可以将这种速度分为两种。一种是指经由膜的表面，与混合物进行接触，从而进入膜内的速度，即溶解速度；另一种是扩散速度，即在进入膜内后，从膜的表面扩散到膜另外面的速度。溶解速度主要是由混合物以及使用分离的材料膜的化学性质决定，而扩散速度则不仅取决于混合物以及适用分离的材料膜的化学性质，而且跟物质的相对分子质量有着极大的关系。

2 膜分离技术的类型

膜分离技术包括很多种，这里主要简单介绍几种分离技术：

2.1 微滤分离技术（MF）

微滤分离技术是一种比较高级的过滤技术，采用筛分原理并将压力差作为某种助推力对膜进行分离的过程。与普通过滤相比，相关技术原理是不变的，只是进行过滤的微粒稍微小一点，比普通过滤技术更加先进。

2.2 超滤分离技术（UF）

超滤分离技术主要是去除水中的杂质，属于压力驱动的膜分离过程。该分离技术广泛用于分离大分子物质，胶体以及蛋白质等，对取出废水中的悬浮物、胶体以及杂质等起到重大的作用，可以替代活性炭过滤器以及多介质过滤器。

2.3 反渗透分离技术（RO）

反渗透分离技术在高压的情况下会及时阻止某些病毒、细菌或者某些锌、钙等离子等，而水分子则可以顺利通过，从而获得较高质量的纯水。

2.4 纳滤分离技术（NF）

纳滤分离技术其实也是一种分子级的膜分离技术，其进行溶解组分最好是大小在1nm左右。

2.5 电渗析分离技术（ED）

电渗析分离技术其实是一种通过电能来进行膜分离的技术。该分离技术采用直流电作为助推力，将阴、阳离子透过膜对水中的阴、阳离子进行选择，使得两种水体之间的通过膜发生相互转移，从而发生物质分离过程。该技术借助直流电的作用，采用电位差作为助推力，然后通过离子交换膜的选择透过性将溶液中的电解质分离出来，然后达到将溶液浓缩、淡化以及对溶液提纯。

2.6 动态膜（DM）

动态膜分离技术其实不仅包括动态膜分离层本身还包括动态膜的载体。所谓载体其实就是指通过不锈钢丝网等大孔径材料对动态膜进行承载。而动态膜分离层本身其实就是该技术的主体，其不仅依附在动态膜载体上，而且还行使着分离功能的滤饼层或者污泥层。就目前而言，动态膜分离技术还处在不断发展之中，在进行污水处理方面还是处在不断尝试的阶段。

3 膜分离技术在水处理环境工程中的应用

膜分离技术在水处理方面的应用是越来越广泛，既可以用来给水处理，关键是还可以用来进行污水处理，造福环境工程。下面我们主要阐述膜分离技术在废水处理中的应用。

3 .1 工业废水的处理

（1）石化废水处理。王立国等人曾展开对胜利油田的含油污水进行实验，采用的装置是中空纤维超滤。他们在设计时，将规模设为每小时1.5t，在进行过滤后，水中的悬浮固体含量以及含油量分别为0.56mg/L与0.5mg/L，这种设计完全可以满足地渗透油层注水对水质的要求。而2004年北京燕山石化则是采用了超滤工艺对28800t/年的污水进行重复利用。

（2）含重金属废水处理。G.Sznej等曾采用乳状液膜法对含重金属锡的废水进行处理，并且取得了良好的效果。有一家奥地利的公司也采用这种方法对粘胶纤维厂含锌废水进行处理，这使得废水中的含锌浓度大大降低，从350mg/L降到5mg/L。我国也曾建立类似的装置并在料液酸度较低的情况下来对锌的质量浓度进行处理，处理后的含锌质量浓度低到5mg/L，完全符合国家排放的标准。此方法不仅获得较好的经济效益，更加有利于环境工程的建设。

（3）造紙废水处理。有研究学者在对造纸黑水进行处理时通过乳状液膜法进行，达到了预期的效果。而还有研究者采用了微滤预处理与纳滤膜处理结合起来处理造纸废水。在去除溶解性有机物时，一定要在处理前将絮凝加入其中，微滤分离根本去除不了这种溶解性有机物，絮凝可以降低COD，从而降低膜的硬度，顺利除去水中的离子。

（4）有机废水处理。刘国光等人在进行有机废水处理时，采用的是乳状液膜体系来处理醋酸质量的浓度，在适宜的环境下操作后，使得醋酸浓度为1000mg/L废水的提取率超过96%。

（5）其他废水处理。某研究院曾研制了可以从高溶度废水中对资源进行回收的工艺，即液膜分离。其研究主要是利用液膜分离工艺来从农药废水中的酚以及含氰废水中的氰化物进行回收，此外还可以利用该工艺对燃料废水进行处理，这些都取得了非常好的效果。

3 .2 生活污水的处理

早在20世纪90年代中期，日本就建了39座利用膜分离技术来进行污水处理的厂，并全部投入使用，还有超过100座高楼利用MBR法将处理好的污水回收到中水管道，并使得这些系统的出水量都符合深度处理的标准，从而大大造福环境工程。有研究学者曾利用某种微滤膜装置来对城市的污水进行处理，该装置的规模为800m3/d。在使用这种装置后发现，水质达到了一般生活非饮用水的标准。在这三种情况下可以正常运行超过30d，依次为13.9、16.7 以及20.8L/（m2 h）。这种装置将生活污水中去除COD超过90%，在出水COD 20到30mg/L中，污水中的悬浮固体绝大部分都被截留以及分离。

4 结语

膜分离技术属于某种新技术，与传统分离相比，过程并没有什么变化，操作方面还是蒸发、萃取以及深冷分离等。这种技术可以在常温下进行操作，这种技术拥有设备简单、运行费用低等特点，不仅能够降低能耗，还有利于提高效率。现如今，世界水处理都朝着开发水资源，通过废水回收来缓解水资源的压力，并达到保护环境的目的。随着工业化技术的不断发展，在工业生产中出现的一些化学物料里面所涉及的各种混合物越来越多，这些对于分离技术的要求也是日益提高。膜分离技术一旦获得发展，在水处理领域定能获得更加广泛的应用。加之膜材料性能不断改进，技术越来越高，可能取代常规水处理的工艺，在处理污水以及供水处理方面发挥越来越重要的作用。

参考文献：

[1] 续曙光，李锁定，刘忠洲.我国膜分离技术研究、生产现状及在水处理中的应用[ J ] .环境科学进展，1 9 9 7，5（6）：7 2 - 7 6 .

[2] 張力.膜分离技术处理含氰废水[J].长春人学学报，2008，18（3）：82-83.